Передача информации в распределенных информационно-управляющих сист

Для загрузки приложения, а также для передачи конфигурационной информации и документации в узел используется механизм передачи файлов.

Сетевые переменные используются в сети обмена данными между узлами сети, передачи состояния узла или нового значения какой-либо величины в узле. Каждая сетевая переменная имеет тип, который определяет формат данных и направление.

Направление сетевой переменной может быть определено в приложении через ключевые слова «input» (входная переменная)

и«output» (выходная переменная). Существует набор стандартных типов данных. Этот набор называется «Стандартные типы сетевых переменных» (Standard Network Variable Types) SNVTs.

Ассоциация LonMark определила «Стандартные типы сетевых переменных» – SNVTs – и «Стандартные типы конфигураци-

онных параметров» (Standard Configuration Property Types) SCPTs.

Эти типы должны использоваться в «совместимых» узлах. Основная характеристика сети LonWorks – это производи-

тельность, определяемая как количество транзакций (завершенных операций обмена) в секунду. Например, в сети LonWorks при скорости передачи данных в канале связи 1,25 Mбит/с количество транзакций в секунду доходит до 700.

Отметим, что наряду с производительностью другой важной характеристикой промышленных сетей LON является время отклика системы.

Кбазовому программному инструментарию, используемому

ипри разработке узлов и сети, и при их эксплуатации, относятся пакеты: LonBuilder, NodeBuilder, LonMaker и анализатор протокола LonMaker Protocol Analyzer.

Для управления сетью LonWorks и контроля ее состояния на этапе эксплуатации требуется специальный инструментарий, реализующий функции системы управления и мониторинга (СУМ). Такие возможности специально закладываются в выделенный для этой цели узел, который должен обеспечить выполнение следующих функций:

111

–обнаружение сконфигурированных узлов и загрузка сетевых адресов;

–запуск и останов прикладных задач;

–чтение данных самодокументации узлов (XIF-файлы);

–установление параметров конфигурации прикладного уровня;

–установление параметров конфигурации уровня доступа

(МАС):

приоритеты, временные параметры;

установление параметров транспортного уровня: тип сервиса, счетчик повторов, контроль времени транзакций;

– загрузка и обновление приложений в EEPROM;

– конфигурирование маршрутизаторов;

– определение топологии работающей сети;

– мониторинг сети, рабочей нагрузки и статистики производительности сети.

К функциям, реализуемым отдельными пакетами базового программного инструментария, относятся:

– LonBuilder ‒ конфигурирование, отладка и загрузка сетей LonWorks (в настоящее время эти функции переданы пакету Lonmaker);

– NodeBuilder ‒ разработка (изменение) прикладного ПО

иконфигурирование отдельного узла;

–LonMaker ‒ конфигурирование и отладка сетей LonWorks;

–LonMaker Protocol Analyzer – анализатор протокола, обес-

печивающий мониторинг сети, рабочей нагрузки и статистики производительности сети.

4.1.1. Кристалл Neuron Chip

Главной аппаратной составляющей технологии LonWorks является кристалл Neuron Сhip (рис. 4.4). Эту специальную микросхему содержит каждое устройство сети LON.

Доступно несколько версий кристалла от двух производителей – Toshiba и Motorola. Отличие версий заключается только

112

в размерах доступной памяти. В состав каждого кристалла входит три 8-разрядных микропроцессора: один для организации доступа и контроля МАС-уровня, второй для выполнения основных протокольных функций LоnTalk и третий для выполнения прикладной задачи. Кристалл имеет по крайней мере 0,5 Кбайт ППЗУ и 1 Кбайт ОЗУ. У одной из версий есть шинный интерфейс к внешней памяти. Тактовый генератор позволяет организовать скорость сети до 1,25 Мбит/с.

Рис. 4.4. Типичная схема построения узла LonWorks

Хотя реализация протокола LonTalk вполне возможна на разных микропроцессорных архитектурах, однако, по мнению создателей интерфейсного контроллера Neuron Chip, есть ряд факторов, по которым Neuron Chip можно считать наиболее приспособленным для пользователя решением. Среди таких факторов называются следующие.

Кристалл NeuronChip содержит встроенное программное обеспечение технологии LonWorks, включающее поддержку протокола LonTalk, распределенную операционную систему реального времени, драйверы устройств, библиотеку исполняющей системы и многое другое.

Система LonWorks имеет богатый набор программных шлюзов в самые разнообразные и непохожие системы: Ethernet, T1,

113

X.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (digital), OptoMux, Modbus, ISAbus, STD32 bus, PC/104, VMEbus и EXMbus.

Помимо Neuron Сhip, в составе узла может быть использован эквивалентный микроконтроллер (так называемый хостпроцессор), выполняющий задачи взаимодействия с внешними устройствами при недостаточной вычислительной или функциональной мощности Neuron Сhip (рис. 4.5). Также для расширения функциональных возможностей некоторых моделей Neuron Сhip допускается использование внешней памяти для хранения программ. Например, в случае применения микросхемы MC143150 можно применять внешнюю по отношению к Neuron Сhip ПЗУ или ППЗУ.

Для работы самого Neuron Сhip требуется кварцевый резонатор 10 Мгц.

Рис. 4.5. Структура LonWorks узла

114

Каждый узел должен иметь также приемопередатчик LonWorks, рассчитанный на работу с определенным типом передающей среды, например, витая пара (до 1,25 Мбит/с), витая пара для организации произвольной сетевой топологии, витая пара для питания и для данных одновременно, радиоканал (2,4 ГГц; 900 МГц; 450 МГц; 49 МГц и т.д.), коаксиальный кабель, оптический кабель. Блок схемы «ввод-вывод» используется для сопряжения сигналов Neuron Сhip с внешними устройствами (двигателями, кнопками, исполнительными устройствами и пр.)

В табл. 4.1 приведены характеристики разных типов Neuron

Сhip.

Протокол LonTalk может быть реализован на различных микропроцессорных архитектурах, однако разработчики интерфейсного контроллера Neuron Chip считают этот контроллер наиболее подходящим по следующим причинам:

Neuron Сhip является совокупностью трех процессоров, решающих отдельные задачи. Два из них управляют сетевой передачей данных на основе протокола LonTalk, а третий предназначен для обслуживания прикладной части программного обеспечения узла и взаимодействия с внешними устройствами. По-

115

добная архитектура гарантирует отсутствие влияния на сетевой поток со стороны прикладной задачи, выполняемой отдельным процессором.

Протокольный процессор реализует все основные функции OSI-модели наиболее полно и наиболее оптимальным образом (см. табл. 4.1)

Весь объем встроенного программного обеспечения занимает всего около 8 Кбайт. Кроме того, Neuron Chip был спроектирован специально под реализацию протокола LonTalk.

Используя готовый Neuron-кристалл, пользователь может

создавать свои устройства с дополнительными по отношению

ккристаллу функциями.

Маршрутизатор чаще всего представляет собой два Neuron Chip, соединенные напрямую друг с другом (цифровыми входами/выходами), при этом каждый Neuron Chip содержит свой приемопередатчик, возможно, работающий с другой передающей средой.

Существует определенная уверенность в жизнеспособности кристалла, так как его производителями являются крупные фирмы Toshiba и Motorola.

4.1.2. Коммуникационный стек протоколов (КСП) LONTALK

Если Neuron Сhip – это главная аппаратная составляющая технологии, то программной основой сетевого взимодействия узлов LonWorks является открытый стандартизованный протокол LonTalk. Протокол LonTalk, в международной классификации ANSI/EIA 709.1, предназначен для использования в управляющих приложениях. Этот протокол использует все 7 уровней стандартной модели ISO для коммуникационного обмена данными в сетях. Данный протокол реализован на Neuron Сhip, но также может быть реализован на любом ином эквивалентном процессоре.

В табл. 4.2. приведено соответствие уровней стека протоколов LonTalk уровням модели OSI.

116

В терминах OSI-модели LonTalk реализует функции для всех уровней, а именно:

–управление физическим уровнем (уровни 1 и 2);

–достоверность соединения и эффективное использование канальной пропускной способности (уровни 2 и 4);

–обслуживание приоритетности сообщений (уровень 2);

–присвоение имен, адресация и маршрутизация (уровни 3);

–удаленный доступ (уровень 5);

–подтверждение подлинности (авторизация доступа) (уров-

ни 4 и 5);

–управление сетью (уровень 5);

–интерпретация данных и передача «чужих» (по формату) данных (уровень 6);

–совместимость на прикладном уровне (уровень 7). Семиуровневая модель и коммуникационный стек протоко-

лов (КСП) LonTalk представлены в табл. 4.3.

117

4.2. Развернутая характеристика функций уровней семиуровнего КСП LonTalk

Рассмотрим подробно характеристики функций уровней КСП

LonTalk.

4.2.1. Физический уровень

Физический уровень решает задачи передачи и приема пакетов сети. В качестве передающей среды могут выступать: витая пара ( примерно 85% всех каналов LonWorks), силовая проводка, радиочастота (RF), инфракрасные приемопередатчики, коаксиальный кабель, оптоволокно.

Каналы могут быть сконфигурированы на различную скорость передачи. Это может зависеть от различных внешних условий (расстояние, питающее напряжение и пр.). Доступные скоро-

сти: 0,6; 1,2; 2,4; 4,9; 9,8; 19,5; 39,1; 78,1; 156,3; 312,5; 625,2

и 1250 кБит/с.

Допустимая вероятность ошибки элементарного сигнала ‒ 0,0001 (верхняя граница).

Коммуникационный порт Neuron Chip образован пятью выводами, которые могут быть сконфигурированы для работы с широким набором устройств доступа к среде передачи данных (трансиверов). Каждый узел физически подключается к каналу через трансивер.

Узел LonWorks (точнее, его коммуникационный порт) работает с физическим уровнем в одном из двух режимов – прямом или специальном.

В прямом режиме информация передается в закодированном виде с применением дифференциального манчестерского кодирования битов, причем модуляцию осуществляет сам Neuron Chip. Коммуникационный порт кодирует передаваемые данные и декодирует принимаемые, используя дифференциальное манчестерское кодирование, также известное как двухфазное кодирование

(рис. 4.6).

119

В специальном режиме (с применением внешнего по отношению к NC трансивером) данные передаются последовательно и без кодирования, путем NRZ-модуляции, а уже линейную модуляцию реализует внешний трансивер. Это позволяет не учитывать при передаче битов с выхода Neuron Chip конкретную реализацию среды передачи. Причем в обоих режимах каждый пакет сопровождается 16-битовым CRC-кодом.

При работе в прямом режиме контроль над скоростью передачи данных, длиной заголовков пакетов и кодированием берет на себя микроконтроллер Neuron Chip. В специальном режиме эти задачи выполняет приемопередатчик (трансивер), используемый для сопряжения различных физических протоколов.

Рис. 4.6. Конфигурация коммуникационного порта

В табл. 4.4 представлены основные характеристики различных приемопередатчиков, применяемых для различных сред.

Для передачи данных с использованием силовых линий расстояние зависит от конкретных условий и может составлять от 100 до 1500 м. Для передачи по радиочастотам дальность зависит от применяемого оборудования, например для RF-49 дальность составляет 400–750 м.

120